Kisbolygók És Üstökösök Fizikai Paramétereinek Meghatározása
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM,KÍSÉRLETI FIZIKAI TANSZÉK Kisbolygók és üstökösök fizikai paramétereinek meghatározása fotometriai módszerekkel (Doktori értekezés) Szerzo:˝ Szabó M. Gyula½ , okl. csillagász Témavezeto:˝ Dr. Szatmáry Károly½ , CSc, habil. egy. docens ¾ Konzulensek: Dr. Kiss L. László½ , PhD Dr. Ivezic´ Željko ¿ , PhD ½ Szegedi Tudományegyetem, Kísérleti Fizikai Tanszék és Csillagvizsgáló, Szeged ¾ University of Sydney, School of Physics, Sydney ¿ Princeton University, Department of Astronomy, Princeton Washington University, Department of Astronomy, Seattle Szeged, 2005. Tartalomjegyzék: 1. A Naprendszer apró égitestjei ........................................... 9 1.1. A kisbolygók fizikai tulajdonságai .............................. 9 1.2. Az üstökösök fizikai tulajdonságai ............................ 13 1.3. Átmeneti objektumok .......................................... 16 1.3.1. Nyitott kérdések ........................................... 17 2. Az alkalmazott eljárások .............................................. 18 2.1. Digitális képfeldolgozás ........................................ 18 2.1.1. Fotometria ................................................. 18 2.2. A fotometria hibaforrásai ...................................... 19 2.3. Kisbolygók fotometriai vizsgálata .............................. 20 2.4. Üstökösök fotometriai vizsgálata .............................. 23 2.4.1. Gáztermelés meghatározása apertúra-fotometriával .... 23 2.4.2. Portermelés meghatározása apertúra-fotometriával ..... 25 2.5. Az üstökös magjának fotometriája ............................ 26 2.5.1. Felületi fotometria ......................................... 28 2.6. Statisztikai módszerek ......................................... 29 2.6.1. Statisztikai minták ........................................ 29 2.6.2. Néhány alkalmazott statisztikus módszer ................ 31 2.7. Az SDSS MOC .................................................. 33 3. Kisbolygók fotometriai megfigyelése .................................. 36 3.1. Eredmények .................................................... 36 3.2. Következtetések (kisbolygó-fotometria) ........................ 51 3.3. Kisbolygók színváltozásának statisztikus vizsgálata ......... 52 3.3.1. A mérési hibák vizsgálata ................................. 53 3.3.2. A színindexek korrelált változásának vizsgálata ......... 54 3.3.3. A színváltozás független a mérettol˝ és a kisbolygó típusától .. 57 3.3.4. A színváltozások a különbözo˝ dinamikai családokban .. 61 3.3.5. Következtetések ............................................ 61 2 3.4. A Trójai kisbolygók statisztikus vizsgálata .................... 65 3.4.1. A Trójai kisbolygók színeloszlása ......................... 68 3.4.2. A szín–inklináció korrelációjának vizsgálata ............. 70 3.5. Következtetések (SDSS vizsgálatok) ........................... 72 4. Üstökösök fotometriája és felületi fotometriája ...................... 74 4.1. Távoli aktív üstökösök belso˝ kómájának tanulmányozása ... 74 4.2. Öt üstökös belso˝ kómájának részletes modellezése .......... 79 4.2.1. Összehasonlítás ........................................... 88 4.3. Következtetések (üstökösök fotometriája) ..................... 90 4.4. A CArA észlelohálózat˝ és archívum ............................ 92 4.4.1. A CArA elso˝ eredményeibol˝ ............................... 94 5. Végso˝ következtetések ................................................. 96 6. Az értekezés tézisei .................................................... 97 7. Köszönetnyilvánítás .................................................. 100 Hivatkozások .......................................................... 101 Index ................................................................... 101 3 „Ha a természeti és a muvészi ˝ szépet összehasonlítjuk, azt kell mondanunk, hogy minden látszat ellenére a kett˝o közül a muvészi ˝ szép felfogása a könnyebb. (...) Ennek okát könnyen beláthatjuk, ha végiggondoljuk a természet esztétikai élve- zésének föntebb elemzett módozatait. Az egyik – a muvészetként ˝ való felfogás – legalább valamelyes muvészi ˝ érzéket kíván, ha nem is éppen muvészi ˝ képzettsé- get. A másik, a szentimentális természetélvezet, nem csekély érzelmi finomságot feltételez. (...) Hozzájárul ehhez még egy további nehézség. A természet jelenségei önmagukban beletartozván a legszélesebb értelemben vett érdekszférába, nagyon nehéz az embernek ezekt˝ol az érdekkapcsolatoktól annyira függetleníteni magát, hogy az esztétika másvilágába emelkedjék. (...) Egyszer egy igen okos és jólelku ˝ falusi öregasszonynak a figyelmét felhívtam a szebbnél szebb bíborszínekben játszó naplementi égre. «Igen, – felelte, – szél lesz holnap.» – «Igen, tudom, hogy ez azt jelenti, de nézze csak, milyen szépek ezek a felh˝ok!» – «Igen, –felelte, – bizony szél lesz.» – «De mondja, néni, nem látja maga, hogy ez milyen szép?» – «Dehogy nem, – felelte, – nagy szél lesz».” Sík Sándor Esztétika, II. 2. 4 Bevezetés Az asztrofizika gyorsan fejlod˝ o˝ korszakaiban mindig hangsúlyos figyelmet kapott a Naprendszer minél teljesebb megismerése. Kepler korától kezdve a XVIII. szá- zad végéig a csillagászati távolságmérés méterrúdjának, a Nap-Föld távolságnak a megmérése kapcsán került elotérbe˝ a Naprendszer kutatása. A XIX. század elsosorban˝ a muszerek ˝ fejlodésének˝ százada volt, a Naprendszer kutatásában ekkor – a jelentos˝ fölfedezések (Uránusz (1981), Neptunusz (1846), kisbolygók, trójai kisbolygók, késobb˝ a Plutó(1930) fölfedezése) mellett – viszonylagos jelen- toség˝ u ˝ eredmények születtek (a Titius–Bode-szabály igazolásának kísérlete, a bolygók lakottságára utaló bizonyítékok gyujtése). ˝ Legközelebb azurkorszak ˝ kezdetén indult gyors fejlodésnek˝ a Naprendszer megismerése; ez egyrészt a keringo˝ és leszálló bolygószondák révén vált lehetové,˝ másrészt azáltal, hogy a Föld körül keringo˝˝ urobszervatóriumok direkt (a musze- ˝ rekre gyakorolt hatás révén) és indirekt (pl. a Földre gyakorolt hatás megfigye- lésével) módon föltérképezték a Föld kozmikus környezetét. A fejlodés˝ harmadik oka, hogy a rádióobszervatóriumok és azurobszervatóriumok ˝ az eddig elérhetet- len hullámhosszakon mutatták meg a Naprendszer szerkezetét; elég itt csak az ekliptikai porkorong infravörös sugárzására, az üstökösök rádióspektrumának vizsgálataira, vagy az üstökösök röntgensugárzásának fölfedezésére gondolni. Naprendszerünk kutatása számos ponton kötodik˝ a mai asztrofizika gyorsan fejlod˝ o˝ ágaihoz is. A csillagkeletkezést és a fiatal csillagok életét csak akkor érthetjük meg teljesen, ha megismerjük az épp keletkezo˝ és a fiatal csillagok közvetlen környezetét. A kisbolygók és az üstökösök magukban orzik˝ a Naprend- szer kialakulásának, így egy egészen közelrol˝ megfigyelheto˝ csillagkeletkezésnek a lenyomatát. Éppen ezért a Naprendszer apró égitestjeinek kutatása az egyik legfontosabb alap a protoplanetáris korongok fejlodésének˝ és a bolygóképzodés-˝ nek a megértéséhez; és segít, hogy megértsük a bolygócsírák esetleges hatását a csillagkeletkezésre, a bolygók hatását a fiatal központi csillagra. A Nap fosorozat˝ elotti˝ állapotban, tehát mielott˝ a magjában a hidrogénfúzió beindult volna, egy porkorongba ágyazott fiatal csillag volt, amelynek energia- termelését a lassú gravitációs összehúzódás fedezte. Ez a fiatal, épp fosorozati˝ állapotúvá összehúzódó csillagok esetében hatékonyabb energiaforrás, mint a fúzió, ezért a Nap, a többi fiatal csillaghoz hasonlóan mai, fosorozati˝ állapotánál valamivel huvösebb, ˝ de sokkal nagyobb, végeredményben 10-szer–100-szor fé- nyesebb volt. Ebben az állapotban (T Tauri) a csillagból heves radiális csillagszél és poláris kifúvás áramlik kifelé, ami a porkorong nagy anyagvesztését okozza. A kis-közepes tömegu ˝ csillagok T Tauri fázisának hatását a mai Naprendszer- ben kitun ˝ oen˝ tanulmányozhatjuk. A T Tauri típusú Nap heves csillagszeleinek ¾ és/vagy a korai Naprendszer korongjában lévo˝ Ð gyors bomlásának hatását 5 aho-metamorf˝ kisbolygók (igneuos asteroid) és meteoritjainak kristályszerkeze- tében találjuk meg. A ho-metamorf˝ kisbolygók aránya lineárisan csökken 2,0 csillagászati egységtol˝ (100%) 3,5 csillagászati egységig (0%),aTTauri csillagok körül modellezett porkorongok homérséklet˝ gradiensével jó egyezésben (Gaffey, 1990, Herbert és mtsai, 1991). A kisbolygók redoxi-állapota magában orzi˝ an- nak az állapotnak az emlékét, amikor a kisbolygó utoljára volt egyensúlyban a Naprendszer osi˝ poranyagával; így pl. az E típusú kisbolygók szükségszeruen ˝ kisebb naptávolságban alakultak ki, mint a C típus (összhangban a mai elosz- lásukkal). A bolygók kialakulása elott˝ a porkorong anyagvesztésére (becslések szerint 60–80%) a Vesta típusú kisbolygók látszólag nagyon osi˝ bazaltja, ennek a Naprendszerben maradt mennyisége adhat fölso˝ korlátot (G93). A csillagfejlodés˝ késobbi˝ állapotában is meg lehet figyelni az apró égitestek esetleges hatását, így pl. utalhatunk a Csiga-ködben megfigyelt számos üstö- kösszeru ˝ globulára, amelyek a planetáris köd belso˝ pereme vidékén keringenek. Ezek elképzelhetoleg˝ egy korábbi külso˝ üstökösfelho˝ maradványai, bár lehet, hogy a planetáris köd szülocsillagának˝ naprendszeréhez korábban nem tartozó anyagcsomókkal állunk szemben (Huggins és mtsai, 2002). A fiatal Nap csillagfejlodésének˝ megismeréséhez kötodik˝ a másik gyorsan fej- lod˝ o˝ terület: az exobolygók kutatása. Milyen bolygórendszerek alakulnak ki a fiatal csillagok körül? Mennyire jellemzo,˝ hogy kis tömegu ˝ csillagok keletkezése- kor bolygórendszer is létrejöjjön? Ma már számos épp kialakuló naprendszert is ismerünk,